Развитие метода рентгеновской рефракционной радиографии для исследования биологических и медицинских объектов

• Автор: Манушкин, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОД РЕНТГЕНОВСКОЙ РЕФРАКЦИОННОЙ РАДИОГРАФИИ

1.1. Основные принципы рефракционной радиографии.

1.2. Двухкристальный метод реализации рефракционной радиографии

Заключение.
ГЛАВА 2. РЕАЛИЗАЦИЯ ДВУХКРИСТАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИОННОЙ РАДИОГРАФИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК.
2.1. Лабораторная установка для рентгеновской рефракционной радиографии на базе двухкристального топографического спектрометра.

2.2. Рентгенооптические схемы и рентгенооптические элементы.

2.2.1. Схема с разрезным кристаллом.

2.2.2. Схема с разворотом анализатора и ее реализация в разрезном кристалле
2.2.3. Схема с раздельными кристаллами
2.3. Модельные объекты и их рефракционные изображения
2.4. Влияние размеров и немонохроматичности источника. Эксперименты на пучке СИ.
2.5. Рефракционный способ аттестации кристаллдифракционных
рентгенооптических устройств с субсекундным угловым разрешением
Заключение.
ГЛАВА 3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕНТГЕНОВСКОЙ РЕФРАКЦИОННОЙ РАДИОГРАФИИ
3.1. Волновой предел пространственного разрешения рефракционной радиографии. Критерий применимости приближения геометрической оптики. .
3.2. Расчет рефракционного контраста модельных объектов в рамках волновой оптики
3.3. Формула для слабого краевого контраста в области волнового предела.
3.4. Компьютерное моделирование рефракционных изображений
3.5. Зависимость рефракционного изображения от углового разрешения и угловой разориентации кристаллов.
3.6. Предельные возможности рефракционной радиографии для исследования объектов малого размера с малыми вариациями плотности. . Заключение.
ГЛАВА 4. РЕНТГЕНОВСКАЯ РЕФРАКЦИОННАЯ ИНТРОСКОПИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
4.1. Изображения внутренних полых органов
4.2. Изображения мягких тканей.
4.3. Изображения костной ткани. Малоугловой контраст мелкодисперсной
структуры костей. Метод темного поля.
Заключение.
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ РЕФРАКЦИОННОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ
5.1. Рефракционная радиография маммографического фантома.
5.2. Расчт времени экспозиции и дозы облучения для рефракционной интроскопии
5.3. Рефракционное исследование объектов со сложной морфологией
5.4. Возможные пути реализации рефракционной маммографии на Курчатовском источнике СИ. Анализ полученных результатов и обзор литературы
5.5. Рефракционная радиография на станции Медиана Курчатовского источника СИ
5.5.1. Рентгенооптическая схема стенда для экспериментов по рефракционной радиографии
5.5.2. Эксперименты с биологическими и медицинскими объектами
5.5.3. Фазоконтрастная радиография биологических объектов на белом
пучке синхротронного излучения
Заключение
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ .
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Волновое уравнение.
Теория дифракции. Фурьеоптика. Импульсное и координатное
представление волнового поля.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
Фазоконтрастные методы и их сравнительная характеристика.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Курчатовского источника СИ. По нашему мнению, исследования возможностей рефракционного метода на таких источниках представляют самостоятельный интерес, поскольку более компактные источники излучения доступны более широкому кругу исследователей в области биологии и медицины. В соответствии с этим нами была поставлена задача развития метода проекционной рефракционной радиографии для исследования биологических объектов и медицинской диагностики, найти наиболее эффективные методы ее реализации, и сформулировать наиболее простые методы расчета и описания рефракционного контраста. Цель работы теоретическое и экспериментальное развитие метода рентгеновской рефракционной радиографии применительно к исследованию биологических объектов и медицинской диагностике. Объектом исследования является рентгеновская рефракционная радиография медикобиологических объектов. Предметом исследования являются закономерности формирования рентгеновского рефракционного изображения макроструктуры медикобиологического объектов в условиях субсекундного углового разрешения. Развито теоретическое описание формирования краевого рефракционного контраста биологическихо бъектов, учитывающее волновую природу рентгеновского излучения. Исследованы особенности формирования рефракционных изображений биологических объектов со сложной морфологией. Разработаны методики получения рефракционных радиограмм биологических объектов с субсекундным угловым разрешением с использованием характеристического излучения лабораторных источников и синхротронного излучения в диапазоне энергий кэВ. Теоретически и экспериментально обоснована возможность использования рефракционной радиографии для малодозовой медицинской диагностики и ее реализации на Курчатовском источнике синхротронного излучения. Практическая значимость работы. Развитые в работе методы рентгеновской рефракционной радиографии с субсекундным угловым разрешением открывают новые возможности для исследования внутренней структуры биологических объектов и малодозовой медицинской диагностики. Методическая разработка рефракционного метода была использована при создании станции малодозовой диагностики Медиана Курчатовского источника синхротронного излучения. На защиту выносятся. Концепция волнового описания формирования краевого рефракционного контраста основанная на использовании соотношения неопределенности. Критерий применимости геометрической оптики. Формулы для величины и ширины области краевого контраста в области предельных возможностей рефракционной радиографии. Рефракционные радиограммы модельных и биологических объектов. Результаты исследования углового уширения рентгеновского пучка в различных тканях. Модельные расчеты уровня структурного фона для объектов со сложной морфологией. Результаты расчета дозовой нагрузки и времени экспозиции для рефракционной маммографии на Курчатовском источнике СИ. Апробация работы. Института сверхпроводимости и физики твердого тела РНЦ КИ . Глава 1. Основные принципы рефракционной радиографии. В основе понятия радиографии лежит проекционное соответствие, которое устанавливается между объектом и его радиографическим изображением при прямолинейном распространении излучения от объекта до регистрирующего устройства. В традиционной рентгенографии степень этого соответствия определяется величиной пространственного разрешения, характеризующей минимальное расстояние на котором можно различить детали изображения, и зависящей в первую очередь от таких инструментальных факторов, как геометрическая нерезкость см. Фундаментальным ограничением пространственного разрешения в абсорбционной радиографии является длина волны просвечивающего излучения. Величина контраста характеризует относительное изменение регистрируемой интенсивности, которое определяется степенью воздействия просвечиваемого объекта на интенсивность прошедшего излучения. В радиографии минимальный размер выявляемой детали в направлении просвечивания, который можно обнаружить по зарегистрированному изображению, называется контрастной чувствительностью.